一种新发现的免疫形式有助于解释细菌如何对抗病毒

当寻求保护自己免受病毒侵害时，一些细菌使用看似冒险的策略：它们等到入侵病毒已经开始复制。洛克菲勒大学的研究表明，即使在延迟行动后，微生物如何使用两种新发现的酶来抵抗感染。“病毒感染可以杀死细菌细胞 - 或者在某些情况下，病毒遗传物质可以提供诸如防御其他病毒的益处。有害病毒会立即开始复制，但有益的病毒将自身植入细菌基因组中，”Luciano Marraffini说道。 ，助理教授和细菌学实验室主任。“通过使用等待观察方法，并且容忍感染的初始阶段，细菌能够做出明智的选择。”

本周在Cell上发表的这项研究有助于解释尽管细菌反应迟钝，细菌如何清除有害感染。在未来，它可能会为开发抗击传染病的新方法以及其他潜在应用提供信息。

最后一分钟的防守

该研究对两种酶Csm3和Csm6进行了零处理，这两种酶是被称为CRISPR-Cas的细菌免疫系统的一部分。当这些酶在感染后期发挥作用时，它们会切断病毒RNA。

CRISPR(聚类有规律的散布短回文重复序列)系统是一种适应性细菌免疫应答，依赖于含有与病毒遗传密码相匹配的序列的DNA片段。CRISPR相关基因使用这些序列作为靶向入侵者进行破坏的指南。

通常，CRISPR防御系统在注入细菌细胞后几分钟内攻击并破坏病毒DNA，因此入侵的病毒没有机会复制。然而，在病毒DNA被复制并被转录到病毒DNA后，在该研究中调查的特定类型的CRISPR(称为III型CRISPR-Cas系统)等待病毒复制并在感染的后期阶段进行攻击。 RNA。

“看来III型CRISPR-Cas实际上需要病毒来产生RNA才能靶向并破坏病毒DNA，”该论文的第一作者，研究生姜文艳说。“因此，该系统必须处理数百个病毒DNA链而不是一个，并且可能需要长达9个小时而不是几分钟来清除感染。”

额外的保障措施

在此之前等待存在着固有的危险，并且由于存在大量病毒基因组，CRISPR-Cas系统采用的典型DNA切割酶不能单独阻止感染。研究人员发现，III型CRISPR-Cas也使用酶Csm3和Csm6靶向病毒RNA。

为了观察这种以RNA为中心的防御作用，Marraffini，Jiang和实验室研究员Poulami Samai产生了一种突变形式的表皮葡萄球菌，缺乏Csm3和Csm6酶。当他们用病毒感染突变体和正常细菌时，突变体群体就会死于它。

该研究阐明了这种CRISPR-Cas策略的功能，并对生物技术和医学具有潜在意义。因为它可以对基因组进行精确的靶向切割，所以CRISPR的DNA切割能力已被证明可用于开发基因工程技术。Marraffini说，了解CRISPR RNA切割酶的工作原理可能有助于操纵人体细胞的RNA含量。

“这项研究还提升了我们对细菌如何与病毒相互作用的认识，这对于了解细菌的发病机制至关重要，”马拉菲尼说。“病毒遗传物质可以增加病原体的毒力，同时病毒可以用来杀死临床中的病原菌。了解细菌 - 病毒相互作用中的分子机制可以帮助我们对抗传染病。”